Factores de virulencia

Determinantes de la acción patógena. Factores antifagocitorios

Objetivos •Entender las interacciones perjudiciales entre los microorganismos y el hombre • Definir factor de virulencia, patógeno, virulencia, infección, enfermedad infecciosa, patógeno primario, patógeno oportunista, toxicidad-invasividad • Identificar los factores de virulencia que participan en el proceso de infección y en la patogenicidad • Describir el paradigma de la infección–exposición, adherencia, invasión, colonización y crecimiento • Nombrar los métodos de evasión del sistema inmune y describir los mecanismos antifagocitarios • Clasificar y describir el mecanismo de acción de las tres categorías de exotoxinas • Describir la estructura de la endotoxina y sus efectos tóxicos sobre los tejidos del hospedador • Establecer las diferencias entre endotoxina y exotoxina

Microbiología General Lic. en Bioquimica 2014

Interacciones entre los Microorganismos y el Hombre

Muy pocos microorganismos producen enfermedad

La patogénesis es un proceso multifactorial que depende de la especie o cepa del microorganismo (factores de virulencia) del estado inmune del hospedador y del número de organismos en la exposición inicial.

Algunos son potencialmente patógenos PATÓGENO

La mayoría de los microorganismos no producen enfermedad

HOSPEDADOR

AMBIENTE

Triángulo de enfermedad infecciosa

¿Qué es un factor de virulencia ? DEFENSAS CONSTITUTIVAS Se deben considerar los siguientes aspectos:

Flagelo

as xin To

•Resistencia de especie • Edad • Sexo Plásmido

• Estrés

Membrana externa LPS

Cápsula

• Malnutrición

Pili

• Enfermedad recurrente • Estado inmunitario

Cualquier característica genética, bioquímica o estructural que le permite al microorganismo producir enfermedad infecciosa en el hospedador.

Definiciones Infección crecimiento y multiplicación del patógeno en o sobre el hospedador. El patógeno tiene acceso a una parte del cuerpo humano, evitando las defensas del hospedador, invade los tejidos y se multiplica estableciendo una infección.

Definiciones

Patogenicidad: Capacidad de un microorganismo para causar enfermedad Se usa para describir o comparar especies

Enfermedad infecciosa Daño o alteración del estado fisiológico o metabólico producido por el microorganismo o sus toxinas en el hospedador durante la infección.

Virulencia:

Infección no es sinónimo de enfermedad infecciosa

Se usa para describir o comparar cepas dentro de una especie

Grado de patogenicidad de un microorganismo

Definiciones

¿Qué es un Patógeno? Invasividad:

Microorganismo capaz de causar enfermedad infecciosa

Capacidad de un organismo para penetrar, sobrevivir a las defensas, multiplicarse y diseminarse.

Patógeno primario: causa enfermedad por interacción directa con el hospedador después de la infección. Generalmente no se encuentra asociado con el hospedador. Hospedador sano • Mycobacterium tuberculosis, virus influenza.

Toxigenicidad: Capacidad de ciertos organismos para producir exotoxinas

RELACIÓN CON LA CÉLULA HOSPEDADORA Membrana celular

Brucella, Mycobacterium, Listeria

Se puede calcular mediante estudios experimentales tales DI 50 DL50 Dosis infectiva – el número de organismos requeridos para establecer una infección • ej. Shigella spp – 100 organismos vs. Salmonella spp – 106organismos

Intracelulares obligados

Extracelulares Staphylococcus, Neisseria, Clostridium,

Los microorganismos expresan su patogenicidad a través de su Virulencia: Grado de la patogenicidad Virulencia: Capacidad relativa de un microorganismo de causar enfermedad

Intracelulares facultativos

Clamidias, Rickettsias, Virus

Patógeno oportunista: causa enfermedad sólo bajo ciertas circunstancias. Generalmente puede ser parte de la flora normal. Hospedador inmunocomprometido • Enterococcus faecium, Candida albicans (flora normal) • Pseudomonas aeruginosa, Serratia marcescens ( microorganismos ambientales)

Célula hospedadora

Cómo hacemos para determinar que un patógeno es el agente causal de una enfermedad ?

Invasividad y Toxicidad

POSTULADOS DE KOCH 2.- El microorganismo debe poder aislarse en cultivo puro a partir de las lesiones producidas en el animal

3.- El microorganismo debe reproducir la enfermedad cuando se inocula a partir de un cultivo puro, en un modelo animal

Invasividad Crecimiento en grandes cantidades Streptococcus neumoniae

1.-El microorganismo debe encontrarse en todos los casos de la enfermedad 5.- El microorganismo debe inducir una respuesta inmune con la aparición de anticuerpos específicos en la sangre del hombre o animal infectado que puedan demostrarse por pruebas serológicas.

Toxicidad

4.- El mismo microorganismo debe poder aislarse como cultivo puro a partir de las lesiones en el modelo animal

Factores de virulencia Helicobacter pylori

Factores de virulencia que son importantes en la patogenia por Salmonella .

Factores de virulencia Factores Comunes Endotoxina (Gram negativas) Cápsula Flagelo Fimbrias Variaciones antigénicas de fase Secuestro de factores de crecimiento (sideróforos)

Factores Asociados con Patógenos específicos Producción de exotoxina Expresión de factores de adhesión Sobrevivencia intracelular y multiplicación

Capacidad de causar daño debido a toxinas Clostridium tetani

Aspectos genéticos de los factores de virulencia Los factores de virulencia pueden estar codificados por:

Islas de patogenicidad

Conjunto de genes de virulencia que se encuentran juntos flanqueados generalmente por ISs (móviles)

• Plásmidos • Transposones (SI, complejos, conjugativos) • Islas de patogenicidad

– Codifican para adhesinas , invasinas, toxinas, sistemas de secreción, captación del hierro etc – Presentes en patógeno y NO en cepas no patógenas – Presentan un contenido de G+C diferente al cromosoma bacteriano ( transferencia horizontal) – En Salmonella SP1 (sistema de secreción tipo III que permite la invasión) y SP2 (sistema de secreción III que le permite sobrevivir dentro de macrófagos)

Mecanismo de patogénesis

2.- Adherencia: Pili Proteínas afimbriales Proteina de membrana intimina Proteínas receptoras secretadas por las propias bacterias

1.-Exposición Puerta de entrada Mucosas, oral, piel, vía parenteral Reservorio – otros humanos – animales – ambientales Contacto directo – tos, estornudos, contacto físico Contacto indirecto – vehículos (tierra, agua, comida) – vectores – organismos vivos – fomites – objetos inanimados Carbunco Piel DI50:10- 50 endosporas Mucosa respiratoria (Inhalación) DI50: 1 x 104 Mucosa digestiva DI50: 1 x 106

Adhesinas en la pared bacteriana

Adherencia específica Adhesinas/ligandos Implica la formación de uniones tipo ligando-receptor (uniones covalentes) entre moléculas complementarias sobre cada una de la superficie celular

Adhesinas: proteínas de pared celular que se fijan a moléculas receptoras específicas sobre la célula hospedadora y capacitan a la bacteria para adherir íntimamente a esa célula, colonizar y resistir la eliminación física

Receptor

Membrana celular del hospedador

Fimbrias Ej Neisseria gonorrhoeae Proteínas Opa –CD 66 epitelio urogenital Antígenos del factor de colonización CFA E. coli

ADHESINAS ADHESINAS BACTERIANAS BACTERIANAS

Pilina

2.- Adherencia •

Adherencia - Glicocalix: Streptococcus mutans

•

Fimbrias: Escherichia coli fimbrias tipo I (tracto urinario)

•

– Proteina M: Streptococcus pyogenes Formación de biopeclículas

Pelo o fimbria

Adhesina específica

Carbohidrato receptor: •D-manosa •Ácido siálico Otras adhesinas: •Proteínas ligadoras de fibronectina •Filamentos de hemoaglutinina •Cápsulas y slime

3.- Invasión • Penetración activa a través de la mucosa del hospedador o membranas del epitelio • Penetración pasiva a través de lesiones en la piel, picaduras de insectos, heridas .

Hialuronidasa Colagenasas Neuraminidasas Estreptoquinasa y estafiloquinasa Fosfolipasas lecitinasas Hemolisinas Coagulasa estafilococica Invasinas

El sistema de secreción tipo III permite a las bacterias gram-negativas secretar e inyectar proteínas de patogenicidad en el citoplasma de las células huésped

Modelos de secreción tipo III Ejemplos: la biogénesis flagelar (izquierda) y la translocación de factores de virulencia en Yersinia (derecha). Se muestran los componentes del cuerpo basal del flagelo bacteriano que son homólogos a los del complejo aguja del sistema de translocación de factores de virulencia. Ambos sistemas presentan una serie de anillos en la MI y ME, conectados a través de un canal que cruza el periplasma. Las proteínas se translocan desde el citoplasma hasta el exterior celular por el interior de dichas estructuras. Para la secreción se requiere la energía de la hidrólisis del ATP

Penetración dentro del citoesqueleto de la célula

•

•

Invasinas – Salmonella Altera la actina al entrar a la célula hospedadora Usan la actina para moverse de una célula a otra – Listeria

Yops son proteínas que se insertan en el citoesqueleto de células eucariotas

4.- Colonización y Crecimiento

Temperatura, pH, oxígeno. -Nutrientes (aminoácidos),Vitaminas ,factores de crecimiento, elementos traza (ej Fe) pueden no estar disponibles. Control de la expresión de los genes de virulencia por factores ambientales. Ej: gen de la toxina diftérica de Corynebacterium diphtheriae es regulado por la concentración de Fe Bordetella pertussis es regulado por la temperatura del cuerpo.

Bacteria

Sideróforo

Proteínas portadoras

Célula

Lactoferrina

4.- Crecimiento Evasión del sistema inmune Defensas del huésped

Fe3+ Fe3+ Fe3+ Fe2+

Transferrina

Fe2+

Fe3+ Receptor

Hemoglobina

Fe2+

Proceso fagocítico

El fagosoma se funde con el lisosoma Digestión enzimatica en el fagolisosoma

Evaden la acción de Anticuerpos Adhesión e Ingestión (Endocitosis) La ingestión de microorganismos por las células fagocíticas ocurre a través de receptores de membrana, ej. •receptores para manosa (MR), •receptores Scavenger o de limpieza (SR), •receptores para opsoninas, incluyen C3b (CR1) y C3bi (CR3), receptores Fc (FcγR),

El material no digerido es expulsado por exocitosis. Esquema del proceso de fagocitosis. (http://perionetblog.blogspot.com)

Los neutrófilos y macrófagos son las principales células del sistema inmune innato, capaces de prevenir que se establezca la infección a través de la unión e ingestión de los microorganismos invasivos mediante el proceso de fagocitosis.

Evasión del sistema inmune

Microorganismo detectado por el fagocito o macrófago.

El mecanismo lo rodea mediante seudópodos macrófago

Complemento Fagocitosis Anticuerpos Inmunidad mediada por células

Formación del fagolisosoma

Mimetización antigénica Polisacáridos de la cápsula semejantes a la del hospedador Ej: Neisseria meningitidis Similitud con antígenos de Lewis en Helicobacter pylori Enmascaramiento por proteínas normales del hospedador Proteina A de S. aureus se une a la porción Fc de la IgG Variabilidad antigénica. Cambios en la composición antigénica de proteínas pili, Opa (proteína II) de Neisseria gonorrhoea. Heterogeneidad antigénica numerosos tipos antigénicos entre las cepas, ej. Proteína M (70 tipos) de S. pyogenes Degradación de anticuerpos , Ej: .IgAsa de Haemophilus influenzae

4.- Crecimiento

Bacterias capsuladas Resisten mejor a la acción de la fagocitosis de las células del sistema inmune. Resistencia la desecación

Factores anti-fagocíticos extracelulares Inhiben el reclutamiento, la activación del complemento y la producción de citocinas. Ej Bordetella pertussis Muerte de los fagocitos por toxinas Cápsula evita la fagocitosis ya que impide la unión de la bacteria Ej.:S. pneumoniae La proteína M . S. pyogenes

Factores anti-fagocitarios intracelulares Inhibe la fusión del fagosoma-lisosoma Escape del fago (liso) soma hacia el citoplasma actuando sobre los filamentos de actina Ej: Shigella – IscA; Listeria - ActA Inhibición del estallido respiratorio Modificación de la vacuola fagocítica Lisis de la membrana vacuolar Inducción de apoptosis Ej Listeria – listeriolisina O Resisten a la acción del fagolisosoma M. tuberculosis

Toxigenicidad • Exotoxinas – son secretadas por las célula vivas • Endotoxinas –son parte de la pared celular – son liberadas cuando el organismo muere

Exotoxinas A-B

Exotoxinas Naturaleza química: proteínas letales toxoide afectan células específicas del hospedador Pueden viajar de una parte a otra del cuerpo (ej tóxina tetánica, diftérica)

Tres tipos principales Toxinas A-B Toxinas citolíticas Toxinas Superantígenos

Resumen…

• Compuestas por dos subunidades – Subunidad A: componente activo actúa dentro en la célula hospedadora -Subunidad B: responsable de la unión a la célula hospedadora. – Ejemplos: Toxina tetánica; afecta las neuronas inhibidoras que secretan glicina, se produce de acetil colina permanente contracción irreversible del músculo parálisis espástica. Toxina botulínica, parálisis flácida , bloquea a nivel de la placa motora la liberación de acetil colina. Toxina colérica, blanco: células intestinales

Toxinas Superantígeno

Exotoxinas citolíticas

Destruyen la integridad de las membranas eucariotas Formadoras de poro

Fosfolipasas

1. Se une a los TCR y activan a las células T 2. Genera una respuesta tipo Autoimmune: fiebre, diarrea, vómitos, shock tóxico 3. S. aureus =Toxina Sindrome del shock c¡tóxico S. pyogenes=> Toxina eritrogénica

Hemolisinas que actúan destruyendo eritrocitos

Endotoxina (LPS) Lípido A potente modificador de la respuesta biológica que puede estimular el sistema inmune de los mamíferos. Durante la enfermedad infecciosa causada por Bacterias Gram- negativas, la endotoxina liberada de las células que se multiplican tiene efectos similares sobre animales y contribuyen a los síntomas y patología de la enfermedad.

http://digital.csic.es/bitstream/10261/4806/1/tesis%20fueyo.pdf

Lípido A: Unión aminoéster a un disacárido NAG-P (ácidos orgánicos: caproico, láurico, mirístico, palmítico y esteárico)

Endotoxinas y Respuesta Pirogena Efectos fisiopatológicos Producen estado de inflamación generalizado Fiebre (estimula pirógenos endógenos). IL-1 TNF, aumento de permeabilidad, hipotensión Diarrea Disminución de leucocitos, plaquetas. Coagulación intravascular diseminada, Altas dosis pueden producir la muerte shock hemorrágico y necrosis tisular Toxicidad inferior a la de las exotoxinas DL 50 = 200 a 400 µg toxina botulínica DL50 = 25 pg

Toxinas bacterianas EXOTOXINAS

•

Excretadas

ENDOTOXINAS • Parte de pared celular

• En G+ y G-

• En G -

• Proteínas

• LPS

• Inestables

• Estables

• Muy antigénicas

• Poco antigénicas

• Muy tóxicas

• Toxicidad moderada

• Producen toxoides

• No producen toxoides

• Muy específicas

• Poco específicas

• Actividad enzimática

• No tienen actividad enzimática

• Ocasionalmente dan fiebre

• Pirogénicas

Muchas Gracias!!